[发明专利]一种单桩锥形连接段

说明书

本发明公开了一种单桩锥形连接段，包括外管，内管和灌浆材料层，外管的外径为2.600m，内管的外径为2.125m，外管的厚度为0.05m，内管的厚度为0.07m，灌浆材料层的长为10.5m，外管的内壁和所述内管的外壁均设有多个剪力键，剪力键的长为0.02m，厚度为0.01m，相邻两个剪力键的间距为0.5m，外管包括依次连接的外直管和外锥形管，内管包括与外直管相对应的内直管和与外锥形管相对应的内锥形管。本发明可以有效解决在使用过程中易出现垂向滑移现象的问题，外管，内管和剪力键采用铁合金，抗拉强度能够达到600MPa，屈服强度能够达到400MPa，延伸率能够达到10.0％，从而提高了单桩的使用寿命。

技术领域

本发明涉及海上风电领域，具体地说是一种单桩锥形连接段。

背景技术

海上风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。填充高强灌浆材料的连接段广泛的应用在海上风电场基础，但是，结构上，该类结构往往会发生一些无法预测的灾变行为，如过渡段钢管与灌浆材料之间垂向滑移甚至水平张开。引起该现象的主要原因是灌浆连接段的力学行为理解不充分。目前，针对海上风机基础结构灌浆连接段作用效果开展研究，主要包括：利用有限元分析软件，建立单桩基础结构型式的数值仿真模型，特别是针对灌浆连接段建立精细有限元模型，就材料参数、构造设计参数对灌浆连接性能的影响效用进行计算与分析；根据数值模拟结果，选取典型设计型式，按比例制作灌浆连接段模型，进行室内模型试验；根据上述数值模拟与模型试验的对比分析，最终确定单桩基础结构的灌浆连接段设计，并进行灌浆连接段疲劳校核。

当前国内还没有针对海上风机系统设计的规范和标准，海上风机与海上采油平台十分相似，后者已经有半个世纪的实际应用经验了，因此在对海上风电基础结构进行设计和研究时，往往采用海上采油平台有关设计规范，然而两者有着最根本的区别：海上采油平台允许在资源蕴藏量丰富的区域投入巨资而获得丰厚的回报，而海上风电在当前市场和技术条件下与煤电相比仍然处于边缘位置，大部分的海上风电都是享受政策补贴的；海上采油平台的风险更大，包括平台工作人员的生命安全以及原油泄露造成的环境污染等，然而海上风机系统风险相对较小，大部分时间是无人操作的(维护除外)，因此盲目的借用海上采油平台规范将会使设计偏于保守而造成不必要的经济浪费。海上风机系统设计标准的缺乏和严厉的经济性约束迫切需要发展严谨科学的方法使得既经济又能保证其在严峻的海洋环境下正常运行。

海上风机的基础结构是基于海上采油平台结构型式发展而成，目前海上风电场基础结构主要分为以下几类：重力式，桩式(单桩、三脚架、多桩、导管架)，负压桶和浮式结构。单桩结构是目前应用最多的一种海上风机基础结构类型，迄今为止约占总数的75％。现有的单桩在使用过程中在连接段易出现垂向滑移现象，引起研究者的高度重视。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种单桩锥形连接段。本发明采用的技术手段如下：

一种单桩锥形连接段，其特征在于，包括外管，内管和位于所述外管和所述内管之间的灌浆材料层，所述外管和所述内管之间通过所述灌浆材料层连接，

所述外管的外径为2.600m，所述内管的外径为2.125m，所述外管的厚度为0.05m，所述内管的厚度为0.07m，所述灌浆材料层的长为10.5m，

所述外管的内壁和所述内管的外壁均设有多个剪力键，所述剪力键的长为0.02m，厚度为0.01m，相邻两个所述剪力键的间距为0.5m，

所述外管包括依次连接的外直管和外锥形管，所述内管包括与所述外直管相对应的内直管和与所述外锥形管相对应的内锥形管。

所述灌浆材料层的材质包括如下重量份物质：

水泥：4500份；粉煤灰：1000份；石子：9300份；中砂：6740份；

水：2480份；絮凝剂：70-130份；减水剂275-825份。